劉浩

摘要：為進(jìn)一步探究房建工程設(shè)備的安全施工管理水平提升路徑，結(jié)合房建工程項(xiàng)目施工的基本需求，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，從監(jiān)控、通信、系統(tǒng)管理等多個(gè)角度著手，對(duì)面向房建工程的機(jī)械設(shè)備安全管理信息系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用效果顯示，該系統(tǒng)可基本實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)預(yù)期功能，且性能指標(biāo)較優(yōu)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：房建工程；機(jī)械設(shè)備；安全管理；設(shè)計(jì)

0? ?引言

房建工程的施工建設(shè)會(huì)使用到大量的機(jī)械設(shè)備，由于各種機(jī)械設(shè)備規(guī)格和性能參數(shù)等方面存在諸多差異，如何對(duì)其進(jìn)行有效的安全管理，一直以來(lái)都是管理工作中的難題。針對(duì)此類問題，需要從信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度入手，構(gòu)建面向房建工程的機(jī)械設(shè)備安全管理系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)施工機(jī)械設(shè)備的安全配置，確保機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。

1? ?系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)部分房建工程施工企業(yè)的安全管理工作需求進(jìn)行調(diào)研后，可以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)房建工程設(shè)備安全管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。房建工程設(shè)備安全管理系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

如圖1所示，在該系統(tǒng)架構(gòu)下，各個(gè)模塊之間的運(yùn)行均具有較為緊密的聯(lián)系，各個(gè)監(jiān)測(cè)模塊所獲得的數(shù)據(jù)均可實(shí)時(shí)傳輸至系統(tǒng)中，經(jīng)由數(shù)據(jù)綜合處理模塊處理后，向管理人員予以展示。從理論角度分析可知，該機(jī)械設(shè)備安全管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械設(shè)備的智能化管理，管理人員可基于多種類型的終端設(shè)備，實(shí)時(shí)查看所需查看的機(jī)械設(shè)備信息，具有更高的靈活性。

2? ?系統(tǒng)主要模塊設(shè)計(jì)

2.1? ?傳感器數(shù)據(jù)感知設(shè)計(jì)

2.1.1? ?傳感器選型

傳感器數(shù)據(jù)感知設(shè)計(jì)中，需要對(duì)溫濕度傳感模塊和氣體監(jiān)測(cè)模塊的傳感器設(shè)備進(jìn)行選型。傳感器選型結(jié)果如表1所示。

2.1.2? ?板卡選型

在選定以上幾類傳感器后，使用數(shù)據(jù)采集板卡對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集和讀取。本次選用板卡的型號(hào)為PCI6616P，該板卡的接口芯片型號(hào)為CHPCI，主控芯片則為門陣列布局模式，以實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量輸入和開關(guān)量的控制。

2.1.3? ?工作原理

在該數(shù)據(jù)采集板卡中，基于A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)上述3種傳感器設(shè)備的采集和處理。采集通道則為1MΩ輸入阻抗的16路單端或8路雙端輸入。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)資料，設(shè)定溫度、濕度和粉塵濃度的安全閾值，由系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后，判斷當(dāng)前環(huán)境參數(shù)是否存在風(fēng)險(xiǎn)因素，如數(shù)據(jù)未超過(guò)閾值則不發(fā)出提醒，反之則通過(guò)提示信息的方式進(jìn)行傳輸。

2.2? ?視頻監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)

2.2.1? ?設(shè)計(jì)方案

本次視頻監(jiān)控模塊在開發(fā)過(guò)程中，采用嵌入式Internet遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體來(lái)看，在設(shè)計(jì)方案中，主要包括一個(gè)基于ARM處理器和Linux操作系統(tǒng)的嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

在該系統(tǒng)中，以嵌入式Linux和嵌入式微控制器S3C2440為核心平臺(tái)，通過(guò)嵌入式平臺(tái)中所建立的Web服務(wù)器，將其與USB攝像頭相連接，建立連接后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸。

2.2.2? ?攝像機(jī)選型

在具體硬件選型上，則選用WAT-902H型攝像機(jī)，其最低照度僅為0.0003Lux，可在常規(guī)的施工條件的基礎(chǔ)上，滿足房建工程地下結(jié)構(gòu)施工可能存在的光線照度低等特殊情況下的需要。

2.3? ?機(jī)械設(shè)備定位

在房建工程的實(shí)際施工過(guò)程中，涉及到機(jī)械設(shè)備的頻繁移動(dòng)，為確保機(jī)械設(shè)備移動(dòng)過(guò)程中的安全性，本次設(shè)計(jì)中，通過(guò)機(jī)械設(shè)備定位的方式進(jìn)行機(jī)械設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)。

2.3.1? ?機(jī)械設(shè)備定位原理

在定位過(guò)程中，應(yīng)用GIS軟件中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為本次所需要的BD-09坐標(biāo)系框架下的數(shù)據(jù)；同時(shí)分別根據(jù)X平移、Y平移、旋轉(zhuǎn)角與比例4個(gè)參數(shù)進(jìn)行換算，由此即可將原始數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換為房建工程所需要的坐標(biāo)信息。

2.3.2? ?安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊整體架構(gòu)如圖2所示。在得到坐標(biāo)信息后，按照?qǐng)D2的設(shè)計(jì)架構(gòu)，對(duì)機(jī)械設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3.3? 運(yùn)行流程

基于該架構(gòu)，本次機(jī)械設(shè)備安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊的運(yùn)行流程如下：

當(dāng)確定該狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊終端已安裝在機(jī)械設(shè)備后，超聲波收發(fā)器對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行初步定位，并將機(jī)械設(shè)備返回的信號(hào)經(jīng)由放大電路處理后，傳輸至ARM9型單片機(jī)處理器中。

ARM9型單片機(jī)處理器將基于收到的電信號(hào)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際距離與預(yù)先設(shè)定的危險(xiǎn)警戒距離進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)距離小于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)LED顯示報(bào)警電路發(fā)出警告信號(hào)。同時(shí)在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，通過(guò)信息系統(tǒng)終端計(jì)算機(jī)設(shè)備上的GIS軟件，實(shí)時(shí)顯示機(jī)械設(shè)備的位置和坐標(biāo)信息。

2.4? ?通信模塊設(shè)計(jì)

為提升通信效率和質(zhì)量，本次在已有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用“雙向通信系統(tǒng)”對(duì)通信模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.4.1? ?服務(wù)器數(shù)據(jù)的下發(fā)基本原理

具體來(lái)看，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先要確保Socket.IO服務(wù)器能夠主動(dòng)向物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)發(fā)出數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的“主動(dòng)推送”。服務(wù)器數(shù)據(jù)的下發(fā)基本原理如圖3所示。

如圖3所示，當(dāng)某一設(shè)備接入網(wǎng)關(guān)上線時(shí)，該設(shè)備將被賦予一個(gè)唯一的識(shí)別碼Socket_ID。該識(shí)別碼將被納入到鏈表中，以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器主動(dòng)推送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的功能。如涉及到數(shù)據(jù)模型的更新，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)搜尋數(shù)據(jù)鏈表和數(shù)據(jù)庫(kù)中前端用戶注冊(cè)后產(chǎn)生的GID和devID兩種數(shù)據(jù)，再據(jù)此找到對(duì)應(yīng)的Socket下相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)和設(shè)備，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)下發(fā)。同時(shí)，在線網(wǎng)關(guān)的ID號(hào)也將存入到Redis緩存數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.4.2? ?數(shù)據(jù)認(rèn)證設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)的認(rèn)證采用“兩次認(rèn)證”的方式進(jìn)行，其具體流程如下：

用戶發(fā)出認(rèn)證請(qǐng)求，系統(tǒng)根據(jù)用戶的密鑰進(jìn)行加密和上傳。如用戶尚未設(shè)置密鑰，則由系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)認(rèn)證隨機(jī)數(shù)。對(duì)密鑰進(jìn)行解密進(jìn)行驗(yàn)證，如驗(yàn)證通過(guò)，則返回物理網(wǎng)關(guān)設(shè)備模型和“認(rèn)證成功”的信息。

2.5? ?數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)選用MySQL型數(shù)據(jù)庫(kù)，使之與服務(wù)器對(duì)接，并結(jié)合實(shí)際工作需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表2所示。

在此基礎(chǔ)上，本次采用AES加密算法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密設(shè)計(jì)，以提升數(shù)據(jù)庫(kù)信息安全性。該加密算法應(yīng)用DS420j型儲(chǔ)存器。在該算法運(yùn)行后，所有數(shù)據(jù)不僅可得到加密處理，數(shù)據(jù)形式也可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。

2.6? ?系統(tǒng)權(quán)限管理功能

考慮到管理工作的不同需要，本次針對(duì)機(jī)械設(shè)備管理工作中參與的不同工作人員的工作權(quán)限，對(duì)系統(tǒng)權(quán)限進(jìn)行分級(jí)設(shè)置。

在實(shí)際訪問該模塊時(shí)，通過(guò)函數(shù)“amection name a me@localhost”實(shí)現(xiàn)對(duì)不同用戶權(quán)限的分別設(shè)置，以避免出現(xiàn)非法訪問的問題。另一方面，為確保所有用戶賬戶的行為做到可追溯，進(jìn)一步引入capture Message函數(shù)，對(duì)用戶的操作行為進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。

2.7? ?系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息檢索功能

2.7.1? ?設(shè)置核心控制函數(shù)

基于數(shù)據(jù)快速檢索的需要，本環(huán)節(jié)針對(duì)設(shè)備信息、設(shè)備位置等關(guān)鍵信息類型，分別設(shè)置相對(duì)應(yīng)的核心控制類函數(shù)，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)置核心控制函數(shù)BaseAction，以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)層面的功能。

2.7.2? ?檢索流程

在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的檢索流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次檢索流程主要分為以下幾個(gè)步驟：

一是定義一個(gè)新的List函數(shù)，用于遍歷用戶信息并反饋回狀態(tài)信息，該狀態(tài)信息均以二維數(shù)組方式進(jìn)行存儲(chǔ)。

二是對(duì)遍歷完成后反饋的狀態(tài)信息進(jìn)行逐一確認(rèn)，針對(duì)其中不為Null值的信息，記錄下其對(duì)應(yīng)用戶的ID，并應(yīng)用該ID進(jìn)一步對(duì)剩余數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行調(diào)用。

三是對(duì)目標(biāo)模塊進(jìn)行檢索，目標(biāo)模塊將反饋一個(gè)key值，該值進(jìn)入后臺(tái)查詢模塊與目標(biāo)信息的特征值進(jìn)行對(duì)接。

四是對(duì)接完成后，檢索結(jié)果以字符串形式傳輸。

2.7.3? ?用戶是否登錄判定

為避免出現(xiàn)用戶在未登錄的情況下即訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的漏洞，本次引入security判據(jù)，對(duì)用戶是否登錄進(jìn)行判定。如用戶尚未登錄系統(tǒng)，則該指標(biāo)始終設(shè)置為“none”狀態(tài)，此時(shí)用戶無(wú)法對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的靜態(tài)資源進(jìn)行訪問。

2.8? ?系統(tǒng)界面展示

為確保系統(tǒng)界面能夠有效展示，當(dāng)用戶通過(guò)硬件設(shè)備發(fā)出切換頁(yè)面指示時(shí)，系統(tǒng)將執(zhí)行sub ShowPage函數(shù)。該函數(shù)進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)路由，以實(shí)現(xiàn)對(duì)界面的切換。界面切換完成后，隨即執(zhí)行window.onload函數(shù)實(shí)現(xiàn)頁(yè)面的加載。

3? ?系統(tǒng)測(cè)試

在本次面向房建工程的機(jī)械設(shè)備安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作全部完成后，為檢驗(yàn)該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，測(cè)試人員對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。

首先對(duì)基礎(chǔ)功能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所示。其次是對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)在出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)因素時(shí)，系統(tǒng)能夠在0.1s內(nèi)響應(yīng)并發(fā)出警告信息，其及時(shí)性較為突出。與同類系統(tǒng)的響應(yīng)平均值0.25s相比，性能表現(xiàn)優(yōu)異，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

本次針對(duì)房建工程設(shè)備安全管理工作的實(shí)際需要，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，整合多項(xiàng)軟硬件開發(fā)技術(shù)，對(duì)面向房建工程的機(jī)械設(shè)備安全管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用效果顯示，該系統(tǒng)可基本實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)預(yù)期功能，且性能指標(biāo)較優(yōu)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

當(dāng)然，機(jī)械設(shè)備的安全管理系統(tǒng)仍有較大的提升空間。在未來(lái)的工作中，仍有必要整合人工智能等技術(shù)予以應(yīng)用，確保房建工程設(shè)備管理工作斷取得新突破。

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